[发明专利]声波谐振器及其设计方法、制造方法

说明书

本发明公开了一种声波谐振器，包括：衬底；压电层，压电层包括压电晶体，压电晶体的切向为110°Y切~130°Y切或者10°Z切~30°Z切，压电层适用于在横向电场的作用下激发出第三阶反对称模态的声波；金属电极层，包括由多个正负金属电极交替排布构成的金属电极阵列，金属电极阵列形成横向电场，通过旋转欧拉角将金属电极层形成在压电层上，使横向电场的方向与压电晶体在全局坐标系下的+X轴方向成‑30°~+30°，+X轴方向表示初始声波的传播方向；其中，压电层在横向电场的作用下激发出第三阶反对称模态的声波，使声波谐振器在谐振频率大于20GHz的超高频段实现大于7%的机电耦合系数。

技术领域

本发明的至少一种实施例涉及一种声波谐振器，尤其涉及一种毫米波频率的声波谐振器及其设计方法、制造方法。

背景技术

随着5G/6G时代的来临，移动通信特别是蜂窝电话应用的需求不断增大以及Sub-6GHz（工作频段在6 GHz以下）的频段得到充分分配，不断发展的无线通信需要转向更高的频段（例如5G FR2，工作频段在24.25GHz至52.6GHz之间的毫米波频率）和更宽的带宽以实现更快的数据速率。在5G/6G无线通信系统中，射频前端技术被视为一项关键技术，而射频滤波器作为射频前端的核心部件，其性能的好坏直接决定了通信系统的抗干扰能力和信噪比。因此，如何在更高的频率下实现高性能滤波器将是未来学术界和工业界研究的重要目标。

机电耦合系数（k²），作为衡量滤波器、谐振器性能的重要指标之一，高的机电耦合系数能够保证滤波器具有足够大的通带带宽，从而能够实现更大数据量的传输。因此，在超高频段（5G FR2）实现大机电耦合系数的谐振器是实现宽带宽滤波器的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种声波谐振器及其设计方法、制造方法，通过旋转欧拉角调整压电层的压电晶体的切向，并且通过旋转欧拉角调整金属电极层形成的横向电场与压电晶体在全局坐标系下的+X轴方向之间的夹角，在上述横向电场的作用下激发出兰姆波反对称高阶振动模态的第三阶反对称模态的声波，使声波谐振器在谐振频率大于20GHz的超高频段实现大于7%的机电耦合系数。

作为本发明的一个方面，本发明提供一种声波谐振器，包括：衬底；压电层，形成在衬底上，压电层包括压电晶体，压电晶体的切向为110°Y切~130°Y切或者10°Z切~30°Z切，压电层适用于在横向电场的作用下激发出兰姆波反对称高阶振动模态的第三阶反对称模态的声波；金属电极层，包括由多个正负金属电极交替排布构成的金属电极阵列，金属电极阵列形成横向电场，通过旋转欧拉角将金属电极层形成在压电层上，使横向电场的方向与压电晶体在全局坐标系下的+X轴方向成-30°~+30°，其中，+X轴方向表示初始声波的传播方向；其中，压电层激发出兰姆波反对称高阶振动模态的第三阶反对称模态的声波，使声波谐振器在谐振频率大于20GHz的超高频段实现大于7%的机电耦合系数。

作为本发明的另一个方面，本发明提供一种声波谐振器的设计方法，适用于设计上述的声波谐振器，包括：调整压电层的切向，确定使压电层在横向电场的作用下激发出兰姆波反对称高阶振动模态的第三阶反对称模态的声波的切向，上述兰姆波反对称高阶振动模态的第三阶反对称模态的声波的谐振频率大于20GHz；调整横向电场的方向与压电层在全局坐标系下的+X轴方向的夹角，确定使声波谐振器在谐振频率大于20GHz的超高频段实现大于7%的机电耦合系数的夹角。